第五章工业控制计算机及其接口技术

1、第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 5.1 工业控制计算机工业控制计算机 5.2 计算机控制接口技术计算机控制接口技术5.3 可编程控制器可编程控制器5.4 数字控制其设计数字控制其设计 思考题思考题 第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 5.1 工业控制计算机工业控制计算机 一、工业控制计算机系统组成一、工业控制计算机系统组成1、作用、作用 工业控制计算机是机电一体化系统的工业控制计算机是机电一体化系统的中枢中枢，按照编制好的程序完成系统按照编制好的程序完成系统信息采集

2、、加工处理、信息采集、加工处理、分析和判断分析和判断，作出相应的，作出相应的调节和控制决策调节和控制决策，发出，发出数字形式或模拟形式的控制信号，数字形式或模拟形式的控制信号，控制执行机构控制执行机构的动作的动作，实现机电一体化的目的功能。，实现机电一体化的目的功能。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 2、组成：硬件和软件两个部分、组成：硬件和软件两个部分过程过程I/O子系统：过程输入设备子系统：过程输入设备把系统测控对象的工作把系统测控对象的工作 状况和被控对象的物理、工位接点状态状况和被控对象的物理、工位接点状态 转换为计算机能接受的数字信号。转换为计算机能接

3、受的数字信号。（1）硬件硬件组成组成第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 过程过程I/O子系统：过程输出设备子系统：过程输出设备把计算机输出的数字信把计算机输出的数字信 息转换为能驱动各种执行机构的功率信号。息转换为能驱动各种执行机构的功率信号。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 人人机对话系统：用于操作者与计算机系统之间的信息交机对话系统：用于操作者与计算机系统之间的信息交 换，包括键盘、图形或数码显示器、声换，包括键盘、图形或数码显示器、声 光指示器、语音提示器等光指示器、语音提示器等第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计

4、算机及其接口技术 系统支持模块：包括软盘、硬盘、光盘驱动器、串行通讯系统支持模块：包括软盘、硬盘、光盘驱动器、串行通讯 接口、打印机并行接口等。接口、打印机并行接口等。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 典型计算机控制系统的组成框图典型计算机控制系统的组成框图I/O接 口A/D多 路 开 关传 感 器 及变 送 器工业对象计算机主机操 作 台I/O接 口D/A多 路 开 关执 行 机 构I/O接 口数 字 量 输 入I/O接 口数 字 量 输 出主 机 及 操 作 台I/O接 口电 路I/O通 道信 号 检 测及 变 送被 控 对 象I/O接 口打 印 机I/O接

5、 口显 示终 端通 用 外 围 设 备第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 微型机的构成微型机的构成第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 外部设备外部设备第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 （2）软件组成）软件组成软件软件各种程序的统称，可分为以下两大类：各种程序的统称，可分为以下两大类：A、系统软件、系统软件 系统软件是由计算机的制造厂商提供的，用来系统软件是由计算机的制造厂商提供的，用来管理管理计计算机本身的算机本身的资源资源和和方便用户使用方便用户使用计算机的软件。计算机的软件。包括：汇编语言、高级语言

6、、控制语言、数据结构包括：汇编语言、高级语言、控制语言、数据结构 操作系统、数据库系统、通信网络软件等操作系统、数据库系统、通信网络软件等第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 B、应用软件、应用软件是设计人员针对某个应用系统而编制的控制和管理程序。是设计人员针对某个应用系统而编制的控制和管理程序。分为输入程序、分为输入程序、控制程序控制程序、输出程序、人机接口程序、输出程序、人机接口程序打印显示程序和各种公共资程序等。打印显示程序和各种公共资程序等。 在计算机控制系统中，软件和硬件在计算机控制系统中，软件和硬件不是独立存在不是独立存在的，的，在设计时必须注意两者相互

7、间的在设计时必须注意两者相互间的有机配合和协调有机配合和协调，只有这，只有这样才能研制出满足生产要求的高质量的控制系统。样才能研制出满足生产要求的高质量的控制系统。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 二、工业控制计算机系统的基本要求二、工业控制计算机系统的基本要求1、具有完善的过程输入、具有完善的过程输入/输出功能输出功能2、具有实时控制功能、具有实时控制功能3、具有可靠性、具有可靠性4、具有较强的环境适应性和抗干扰能力、具有较强的环境适应性和抗干扰能力5、具有丰富的软件、具有丰富的软件第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 三、工业控制

8、计算机的分类及其应用特点三、工业控制计算机的分类及其应用特点1、可编程序控制器（、可编程序控制器（PLC）特点：特点：程序可变，柔性好。程序可变，柔性好。 可靠性强，适于工业环境。可靠性强，适于工业环境。 编程简单，使用方便。编程简单，使用方便。功能完善。功能完善。体积小，重量轻，易于装入机器内部。体积小，重量轻，易于装入机器内部。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 2、 总线型工业控制计算机总线型工业控制计算机总线型工业控制计算机组成示意图总线型工业控制计算机组成示意图第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 特点：特点：提高设计效率，缩

9、短设计和制造周期。提高设计效率，缩短设计和制造周期。提高系统可靠性。提高系统可靠性。便于调试和维修便于调试和维修 。 能适应技术发展的需要。能适应技术发展的需要。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 3、单片机、单片机第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 特点：特点：受集成度的限制，片内存储器容量较小。受集成度的限制，片内存储器容量较小。可靠性高。可靠性高。易扩展。易扩展。控制功能强。控制功能强。一般单片机内无监控程序或系统通用管理程序。一般单片机内无监控程序或系统通用管理

10、程序。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 四、典型的机电一体化控制系统四、典型的机电一体化控制系统1、下图介绍了工业炉计算机控制的典型情况，其、下图介绍了工业炉计算机控制的典型情况，其燃料为燃料油或者煤气，为了保证燃料在炉膛内正常燃料为燃料油或者煤气，为了保证燃料在炉膛内正常燃烧，必须保持燃料和空气的比值恒定。燃烧，必须保持燃料和空气的比值恒定。 工业炉的计算机控制工业炉的计算机控制 计算机燃料空气温度测量压力测量燃烧效率计算废气分析仪废气第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 2、微型计算机控制的电动机调速系统、微型计算机控制的电动机调

11、速系统下图是计算机控制的双闭环直流调速系统的原理下图是计算机控制的双闭环直流调速系统的原理图。其中，晶闸管触发器、速度调节器和电流调节器图。其中，晶闸管触发器、速度调节器和电流调节器均由计算机实现。均由计算机实现。计算机控制的双闭环系统计算机控制的双闭环系统A/D速度调节器电流调节器晶闸管触发器微型计算机隔离放大同步电流互感器A/D三相交流电给定M测速发电机第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 3、计算机数字程序控制系统、计算机数字程序控制系统 在下图中表示出一个在线、开环、实时的简单机床数字程序控制系统在下图中表示出一个在线、开环、实时的简单机床数字程序控制系统的

12、构成框图。根据所使用的软件，该系统既可以设计成平面点位控制系统，的构成框图。根据所使用的软件，该系统既可以设计成平面点位控制系统，又可设计成平面轮廓控制系统。图中的微型计算机是系统的核心部件，它又可设计成平面轮廓控制系统。图中的微型计算机是系统的核心部件，它完成程序和数据的输入、存储、加工轨迹计算和步进电动机控制程序、显完成程序和数据的输入、存储、加工轨迹计算和步进电动机控制程序、显示程序、故障诊断程序等控制程序的执行等。示程序、故障诊断程序等控制程序的执行等。控制台光电隔离并行I/O口驱动电路y轴步进电动机传动机构机床工作台x轴步进电动机CPURAMEPROM简单机床数字程序控制系统的构成框

13、图简单机床数字程序控制系统的构成框图第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 4、工业机器人、工业机器人 下图给出了智能机器人的一般结构，它是一个多级的计算机控下图给出了智能机器人的一般结构，它是一个多级的计算机控制系统。可以这样说：没有计算机，就没有现代的工业机器人。制系统。可以这样说：没有计算机，就没有现代的工业机器人。中央计算机摄 像多 关 节手 臂图 像处 理 机控 制计 算 机行 走机 构控 制计 算 机话 筒扬 声 器语 言识 别 机语 言合 成 器显 示 器显 示计 算 机知 识 库智能机器人的一般结构智能机器人的一般结构第第5章章 工业控制计算机及其接口

14、技术工业控制计算机及其接口技术 5.2 计算机控制接口技术计算机控制接口技术 接口技术研究主机与外围设备接口技术研究主机与外围设备交换交换的技术，在计算机的技术，在计算机 控制系统中占有相当重要的地位。控制系统中占有相当重要的地位。接口分通用和专用，一般分为以下几种：接口分通用和专用，一般分为以下几种：人机通道及接口技术：键盘、显示、打印、软磁盘等接口技术。人机通道及接口技术：键盘、显示、打印、软磁盘等接口技术。 检测通道及接口技术：检测通道及接口技术：A/D转换接口技术、转换接口技术、V/F转换接口技术。转换接口技术。 控制通道及接口技术：控制通道及接口技术：F/V转换接口技术、转换接口技术

15、、D/A转换接口技术转换接口技术 光电隔离接口技术、开关接口技术。光电隔离接口技术、开关接口技术。 系统间通道及接口技术：公用系统间通道及接口技术：公用RAM区接口及串行接口技术。区接口及串行接口技术。 第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 一、信息采集接口一、信息采集接口包括放大、滤波、线性补偿包括放大、滤波、线性补偿第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 1、常用多个信号源数据采集的结构形式、常用多个信号源数据采集的结构形式（1）多路通道）多路通道每个通道都有独自的采样保持器和转换器。每个通道都有独自的采样保持器和转换器。特点：成本高，

16、转换速度高，各路通道可同时进行采样或特点：成本高，转换速度高，各路通道可同时进行采样或同时进行转换，常用于需同步高速数据采集、同步同时进行转换，常用于需同步高速数据采集、同步转换的计算机控制系统。转换的计算机控制系统。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 （）多路同时采样、分时转换通道（）多路同时采样、分时转换通道特点：共用一个转换器，节省硬件，但转化速度较低特点：共用一个转换器，节省硬件，但转化速度较低多路开关的引用增加了误差。多路开关的引用增加了误差。应用：转换速度、精度要求不高；应用：转换速度、精度要求不高；必须同时采集、分时转换的控制系统。必须同时采集、分时

17、转换的控制系统。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 （）多路信号源共享采样保持器和转换器（）多路信号源共享采样保持器和转换器特点：节省硬件资本特点：节省硬件资本常用于分时采样、分时转换的控制系统。常用于分时采样、分时转换的控制系统。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 、常用的转换器、常用的转换器AD转换器：将模拟电压转换成数字量的电路。转换器：将模拟电压转换成数字量的电路。实现方法：逐次逼近法、双积分法。实现方法：逐次逼近法、双积分法。组成：组成：N位寄存器、位寄存器、D/A转转换器和控制逻辑部分。换器和控制逻辑部分。第第5章章 工业

18、控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 ADC0809是是28引脚的双列引脚的双列直插式芯片。直插式芯片。VCC：电源，电源，+5V。GND：接地端。接地端。CLK：时钟信号，决定时钟信号，决定A/D转转 换的速度，转换一次占换的速度，转换一次占 64个时钟周期。个时钟周期。IN0IN7：8位模拟输入线。位模拟输入线。D0D7：8位转换数据输出线位转换数据输出线ADC0809引脚图引脚图（1）8位位A/D转换器转换器ADC0808/0809第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 A，B，C：模拟通道地址选择线。模拟通道地址选择线。ALE：地址锁存允许信号地址

19、锁存允许信号。其上升。其上升沿将沿将ADDA，ADDB，ADDC3位地位地址信号锁存，由址信号锁存，由3-8译码选通过对应译码选通过对应模拟通道。模拟通道。VR（+），），VR（-）：）：基准电压输基准电压输入端入端，决定了输入模拟量的量程范，决定了输入模拟量的量程范围且要求围且要求VREF（+）+VREF（-）=VCC，其偏差值，其偏差值0.1V。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 SC：启动转换信号启动转换信号。在模拟通道。在模拟通道选通地址锁存之后，由选通地址锁存之后，由SC的正脉的正脉冲启动转换。脉冲上升沿使所有冲启动转换。脉冲上升沿使所有内部寄存器清零，

20、下降沿使内部寄存器清零，下降沿使A/D转转换开始。换开始。EOC：转换结束信号转换结束信号。在转换进。在转换进行时，行时，EOC为低电平，当转换结为低电平，当转换结束，资料锁存到输出缓冲器后，束，资料锁存到输出缓冲器后，EOC变为高电平。变为高电平。OE：输出允许信号输出允许信号。当高电平时。当高电平时，打开三态输出缓冲器，把资料，打开三态输出缓冲器，把资料送到数据总线上，供送到数据总线上，供CPU读取。读取。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 ADC0809包含包含了位了位A/D转换器、转换器、8路多路开关、与微型计算路多路开关、与微型计算机兼容的控制逻辑机兼容

21、的控制逻辑CMOS组件；组件； 转换方法转换方法：逐次逼近型：逐次逼近型第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 时序图时序图 启动脉冲启动脉冲START和地址锁存允许脉和地址锁存允许脉冲冲ALE的上升沿将的上升沿将地址送到地址锁存地址送到地址锁存器和译码器，模拟器和译码器，模拟两两C，B，A选择开选择开关所指定的通道送关所指定的通道送至至A/D转换器。在转换器。在START信号下降沿信号下降沿的作用能够下，逐的作用能够下，逐次逼近过程开始，次逼近过程开始，在时钟的控制下，在时钟的控制下，一位一位的逼近，

22、。一位一位的逼近，。此时转换结束信号此时转换结束信号EOC呈低电平状态。呈低电平状态。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 ADC0808/0809技术指标技术指标A、单一电源：、单一电源：+5VB、分辨率为、分辨率为8位。位。 C、最大不可调误差：、最大不可调误差：)25611 (2/10808LSBLSBADCLSBADC10809D、功耗为、功耗为15mW。E、转换速度取决于芯片的时钟频率，、转换速度取决于芯片的时钟频率， 时钟频率范围：时钟频率范围：101280kHz.第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 F、可锁存三态输出，输出

23、与、可锁存三态输出，输出与TTL兼容。兼容。G、无需进行零位及满量程调整。、无需进行零位及满量程调整。H、正常工作温度范围为、正常工作温度范围为- 40 85 综上特点：较高的转换速度和精度综上特点：较高的转换速度和精度 ； 受温度影响较小；受温度影响较小； 能较长时间保证精度；能较长时间保证精度； 重现性好、功耗低。重现性好、功耗低。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 与计算机与计算机接口电路接口电路第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 （2）12位位A/D转换器转换器

24、AD574第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 -片选信号，低电平有效片选信号，低电平有效csCE：片允许信号，高电平有效。：片允许信号，高电平有效。A0：转换和读字节选择信号。：转换和读字节选择信号。12/8：输出数据形式选择信号：输出数据形式选择信号：读转换信号。：读转换信号。CR10UIN、20UIN：模拟信号输入，：模拟信号输入，两端口所加电压值不同两端口所加电压值不同STS：转换状态信号：转换状态信号 STS=1转换开始转换开始 STS=0转换结束转换结束BIPOFF：双极性偏置，：双极性偏置，如下图如下图第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算

25、机及其接口技术 输入方式：单极性输入和双极性输入两种工作方式。输入方式：单极性输入和双极性输入两种工作方式。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 两者区别：两者区别：输入偏差端输入偏差端BIP OFF连接不同；连接不同；模拟输入端不同。模拟输入端不同。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 与计算机的接口电路与计算机的接口电路第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 二、模拟量输出接口二、模拟量输出接口1、D/A转换通道的结构形式转换通道的结构形式计计算算机机D/AD/A（1）各路输出均有一个）各路输出均有一个D/A

26、转换器转换器特点：转换速度快、工作可靠，能满足各路特点：转换速度快、工作可靠，能满足各路同时同时进行进行 D/A转换输出要求，若一路出现故障，其他几路转换输出要求，若一路出现故障，其他几路 仍能继续正常工作。但成本高。仍能继续正常工作。但成本高。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 （2）多路通道共用有一个）多路通道共用有一个D/A转换器转换器计计算算机机D/A多多路路开开关关输出保持器输出保持器输出保持器输出保持器特点：在特点：在CPU的控制下，的控制下，D/A转换器分时工作，影响速度转换器分时工作，影响速度 节省硬件设备，用于速度要求不高的场合。节省硬件设备，用

27、于速度要求不高的场合。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 2、常用、常用D/A转换器及其接口电路转换器及其接口电路（1）DAC0832结构及原理结构及原理组成：一个组成：一个8位输入寄存器、一个位输入寄存器、一个8位位DAC寄存器、一个寄存器、一个 8位位D/A转换器及输入控制电路转换器及输入控制电路第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 组成：权电阻网络、参考电压、电子开关等。组成：权电阻网络、参考电压、电子开关等。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 工作原理：工作原理：优点：两个寄存器可以进行两次缓冲操作

28、，灵活性大。优点：两个寄存器可以进行两次缓冲操作，灵活性大。 第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 D/A转换器的输出方式转换器的输出方式电压输出方式电压输出方式电流输出方式电流输出方式单极性电压单极性电压输出方式输出方式双极性电压双极性电压输出方式输出方式第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 单极性电压输出方式单极性电压输出方式第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 双极性电压输出方式双极性电压输出方式第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 DAC0832 与计算机的接口与计算机的接口

29、第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 三、开关型功率接口三、开关型功率接口1、光电隔离技术、光电隔离技术光电隔离器是光电隔离器是把发光元件与受光元件封装在一起把发光元件与受光元件封装在一起，当发，当发光二极管有正向电流通过时，即产生人眼看不见的红外光二极管有正向电流通过时，即产生人眼看不见的红外光，其光谱范围为光，其光谱范围为7001000nm，受光元件随即导通。，受光元件随即导通。 通过通过“电电光光电电”的转换来实现对输出设备进行控的转换来实现对输出设备进行控制的，彼此之间没有电气连接，起到隔离作用。制的，彼此之间没有电气连接，起到隔离作用。第第5章章 工业控制

30、计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 （a）采用硅光电二极管作受光元件）采用硅光电二极管作受光元件 特点：电流传输比（受光器件电流与发光管电流之比，特点：电流传输比（受光器件电流与发光管电流之比， 简称简称CTR）较小，约为）较小，约为0.5%3%，响应速度，响应速度 快，适用于开关电路。快，适用于开关电路。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 （b）采用硅光电晶体管作受光元件）采用硅光电晶体管作受光元件 特点：特点：CTR为为10%100%，应用较为广泛，主要用于，应用较为广泛，主要用于 驱动驱动TTL电路、传输线路、脉冲放大等。电路、传输线路、脉冲放大等

31、。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 （c）采用硅光晶体管与一个普通晶体管接成达林顿型的）采用硅光晶体管与一个普通晶体管接成达林顿型的 特点：特点：CTR大，约为大，约为100%150%，饱和压降大，饱和压降大 适用于对适用于对CTR要求大，开关速度不高的场合。要求大，开关速度不高的场合。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 （d）输出边用光敏二极管作受光元件，再用晶体管把光电）输出边用光敏二极管作受光元件，再用晶体管把光电 流进行放大。流进行放大。 特点：响应速度快，特点：响应速度快，CTR提高到提高到100%400%，这种，这种 器

32、件可适应高速传输的需要。器件可适应高速传输的需要。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 （e）采用可控硅输出型光电耦合器件）采用可控硅输出型光电耦合器件 特点：输出部分为光控晶闸管，光控晶闸管由单向、特点：输出部分为光控晶闸管，光控晶闸管由单向、 双向两种形式，适用于在大功率的隔离驱动场合。双向两种形式，适用于在大功率的隔离驱动场合。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 注意注意 光电耦合器的输入、输出光电耦合器的输入、输出端两个电源必须单独供电，否端两个电源必须单独供电，否则，就失去了隔离的意义。则，就失去了隔离的意义。第第5章章 工业

33、控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 光电隔离器的特点：光电隔离器的特点：（1）避免输出端与输入端之间可能产生的干扰和反馈。）避免输出端与输入端之间可能产生的干扰和反馈。（2）发光二极管为电流驱动器，动态电阻小，因）发光二极管为电流驱动器，动态电阻小，因此此抗干扰能力强，共模抑制比高，不受磁场影响。抗干扰能力强，共模抑制比高，不受磁场影响。（3）光电耦合器耦合）光电耦合器耦合信号的频率范围广信号的频率范围广，响应速，响应速度快，可用于高速信号的传输。度快，可用于高速信号的传输。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 （1）单向晶闸管接口）单向晶闸管接口单向

34、晶闸管又称可控硅整流器单向晶闸管又称可控硅整流器特点：有截止和导通两个稳定状态（开关作用）特点：有截止和导通两个稳定状态（开关作用） 又具有单向导电的整流作用。又具有单向导电的整流作用。2、晶晶闸闸管管接接口口第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 （2）双向晶闸管接口）双向晶闸管接口双向晶闸管结构：两个单向晶闸管反向并联构成的。双向晶闸管结构：两个单向晶闸管反向并联构成的。特性：（特性：（1）它在触发后是双向导通的）它在触发后是双向导通的 （2）在门极中所加的触发信号不论是正还是负都可）在门极中所加的触发信号不论是正还是负都可 以使双向晶闸管导通。以使双向晶闸管导通

35、。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 电阻电阻R1作用：限流作用：限流R1=UP/IP工作电压峰值工作电压峰值光电耦合输出端最大允许电流光电耦合输出端最大允许电流第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 当负载为感性负载时，电压的上升速度大，可能会超当负载为感性负载时，电压的上升速度大，可能会超出出MOC3021允许的范围，是晶闸管误导通。允许的范围，是晶闸管误导通。 解决方法：在输出端加解决方法：在输出端加RC串联回路。串联回路。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 RC串联回路的作用：起到滤波作用，使用于双向

36、晶闸串联回路的作用：起到滤波作用，使用于双向晶闸管管VT得电压上升率下降。得电压上升率下降。 电容的大小：根据负载电流大小和感抗大小确定，一电容的大小：根据负载电流大小和感抗大小确定，一般取般取0.10.5F。 电阻的作用：防止电容产生震荡以及减小晶闸管导通电阻的作用：防止电容产生震荡以及减小晶闸管导通时的电流上升率，一般取时的电流上升率，一般取51。作用：防止作用：防止VT误触发。误触发。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 当控制信号为低电平时，当控制信号为低电平时，MOC3061输入端有电流，输入端有电流，VT导通导通 当控制信号为高电平时，当控制信号为高电平

37、时，MOC3061处于关断状态，处于关断状态，VT截至截至第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 3、继电器输出接口、继电器输出接口继电器通过改变金属触点的位置，使动触点与定触继电器通过改变金属触点的位置，使动触点与定触 点闭合或分开。点闭合或分开。特点：接触电阻小、流过电流大、耐高压特点：接触电阻小、流过电流大、耐高压 动作可靠性不及晶闸管。动作可靠性不及晶闸管。继电器工继电器工作类型作类型电压线圈：线圈的电阻、电感或匝数、吸合电压电压线圈：线圈的电阻、电感或匝数、吸合电压 释放电压和最大允许工作电压释放电压和最大允许工作电压电流线圈：线圈匝数、吸合电流和最大允许工

38、作电流电流线圈：线圈匝数、吸合电流和最大允许工作电流第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 继电器继电器/接触器供电系统接触器供电系统直流电磁系统直流电磁系统交流电磁系统交流电磁系统工作电压高，对电源有一定的工作电压高，对电源有一定的干扰，为提高计算机系统的可干扰，为提高计算机系统的可靠性，常采用光电耦合器隔离靠性，常采用光电耦合器隔离第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 限流限流电阻电阻保护晶体管保护晶体管9031第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 选用继电器时需考虑的因素：选用继电器时需考虑的因素：（1）继

39、电器额定工作电压或电流；）继电器额定工作电压或电流；（2）接点负荷；）接点负荷；（3）接点的数量或种类（常开或常闭）；）接点的数量或种类（常开或常闭）；（4）继电器体积、封装形式、工作环境、接点吸合）继电器体积、封装形式、工作环境、接点吸合 或释放时间等。或释放时间等。继电器控制中的不足：继电器采用继电器控制中的不足：继电器采用电磁吸合电磁吸合方式，开关方式，开关 瞬间，瞬间，触点容易产生火花触点容易产生火花，引起干扰，对于交，引起干扰，对于交 流高压等场合，流高压等场合，还容易氧化还容易氧化，影响系统的可靠性。，影响系统的可靠性。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技

40、术 固态继电气（固态继电气（Solid State Relay）简称）简称SSR 用用晶体管或晶闸管晶体管或晶闸管代替常规继电器的触点开关，在代替常规继电器的触点开关，在前级中与光电隔离器融为一体，实际上是带前级中与光电隔离器融为一体，实际上是带光电隔离器光电隔离器的无触点开关的无触点开关。特点：输入控制电流小，输出无触点，体积小，重量轻特点：输入控制电流小，输出无触点，体积小，重量轻 无机械噪声，无抖动和回跳，开关速度快，工组可靠无机械噪声，无抖动和回跳，开关速度快，工组可靠分类：分类：直直流型和流型和交交流型固态继电器流型固态继电器第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接

41、口技术 （1）直流型）直流型SSR应用：带直流负载的场合，如直流电动机控制应用：带直流负载的场合，如直流电动机控制 步进电动机控制和电磁阀步进电动机控制和电磁阀第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 A、B、C为步进电动机的三相，每相由一个直流型为步进电动机的三相，每相由一个直流型SSR控制，分别由三路控制信号控制，只要按着一定的控制，分别由三路控制信号控制，只要按着一定的顺序分别给三个顺序分别给三个SSR送高低电平信号机，就可以实现对送高低电平信号机，就可以实现对步进电动机控制。步进电动机控制。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 （2）

42、交流型）交流型SSR分过零型和移相型两种。分过零型和移相型两种。 采用双向晶体管作为开关器件，用于交流大功率采用双向晶体管作为开关器件，用于交流大功率驱动场合，如交流电动机、交流电磁阀控制。驱动场合，如交流电动机、交流电磁阀控制。 第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 控制信号为控制信号为低电平低电平时：时：AC-SSR1导通，导通， AC-SSR2截止截止 交流电通过交流电通过A相绕组，电动机正转相绕组，电动机正转控制信号为控制信号为高电平高电平时：时：AC-SSR2导通，导通， AC-SSR1截止截止 交流电通过交流电通过B相绕组，电动机反转相绕组，电动机反转电

43、压吸电压吸收回路收回路压敏电阻，用压敏电阻，用作过电保护作过电保护第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 固态继电器使用时的注意要点：固态继电器使用时的注意要点：（1）使用时在负载两端并联一个适当阻值的分流电）使用时在负载两端并联一个适当阻值的分流电 阻抑制漏电流的影响。阻抑制漏电流的影响。（2）当负载为感性负载时，在）当负载为感性负载时，在SSR的输出端必须接压敏电阻的输出端必须接压敏电阻（3）固态继电器的电流容量、负载能力随温度升高而下降，）固态继电器的电流容量、负载能力随温度升高而下降， 温度较高时，选用温度较高时，选用SSR的输出电压和电流应留有一定的的输出电

44、压和电流应留有一定的 余量，同时装散热器。余量，同时装散热器。（4）选择额定电流时，应留有足够的余量，一般按负载平时）选择额定电流时，应留有足够的余量，一般按负载平时 工作电流约等于固态继电器额定电流的三分之一来选择工作电流约等于固态继电器额定电流的三分之一来选择第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 5、大功率场效应管开关接口、大功率场效应管开关接口场效应管特点：输入阻抗高，关断漏电流小，关断电流小场效应管特点：输入阻抗高，关断漏电流小，关断电流小 响应速度快，体积小，价格便宜响应速度快，体积小，价格便宜 大功率场效应管本身没有隔离大功率场效应管本身没有隔离作用，为

45、了防止高压对微机系统的作用，为了防止高压对微机系统的干扰和破坏，通常在它的前边加一干扰和破坏，通常在它的前边加一级光电隔离器。级光电隔离器。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 四、直流伺服电动机的功率接口四、直流伺服电动机的功率接口驱动控制：采用脉冲宽度调制法（驱动控制：采用脉冲宽度调制法（PWM）1、原理：（、原理：（T+UI）0，比较器输出满幅度正电平；，比较器输出满幅度正电平； （T+UI）0，比较器输出满幅度负电平。，比较器输出满幅度负电平。 比较器输出的正比较器输出的正/负电平负电平S送入

46、开关功率放大器进行放大，送入开关功率放大器进行放大，变成可以驱动直流伺服电动机动作的开关电平变成可以驱动直流伺服电动机动作的开关电平P,从而驱动直从而驱动直流伺服电动机转动。流伺服电动机转动。控控制制信信号号第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 控制信号控制信号I=0时，时，T与与I相加后仍然是一个三角相加后仍然是一个三角波，通过比较后，输出正、波，通过比较后，输出正、负幅值相同、宽度相同的负幅值相同、宽度相同的矩形波矩形波S，经功率放大器，经功率放大器后，直流分量为零，电动后，直流分量为零，电动机机不会转动不会转动，只在交流分，只在交流分量的作用下在停止位置处量的

47、作用下在停止位置处微震，可以克服直流伺服微震，可以克服直流伺服电动机的静摩擦。电动机的静摩擦。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 控制信号控制信号I0时，时，T与与I相加后形成一个不对称三角相加后形成一个不对称三角波，正波幅值宽度大，通过波，正波幅值宽度大，通过比较器后，输出正脉冲宽、比较器后，输出正脉冲宽、负脉冲窄的矩形波，经功率负脉冲窄的矩形波，经功率放大器后，输出电压平均值放大器后，输出电压平均值为正，为正，电动机正转电动机正转，I越大，越大，输出信号输出信号S的正脉冲越宽，的正脉冲越宽，直流分量越大，正转的速度直流分量越大，正转的速度越高。越高。第第5章章

48、 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 控制信号控制信号I0时，时，T与与I相加后形成一个不对称三角相加后形成一个不对称三角波，负波幅值宽度大，通过波，负波幅值宽度大，通过比较器后，输出正脉冲窄、比较器后，输出正脉冲窄、负脉冲宽的矩形波，经功率负脉冲宽的矩形波，经功率放大器后，输出电压平均值放大器后，输出电压平均值为负，为负，电动机反转电动机反转，I越负，越负，输出信号输出信号S的负脉冲越宽，的负脉冲越宽，负的直流分量越大，反转的负的直流分量越大，反转的速度越高。速度越高。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 （a）单极性电路，电动机只能单方向转动。

49、）单极性电路，电动机只能单方向转动。（b） （c）双极性电路，电动机能按正反方向转动。）双极性电路，电动机能按正反方向转动。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 2、控制计算机与、控制计算机与PWM功率放大器的接口方法功率放大器的接口方法第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 五、交流电动机变频调速功率接口五、交流电动机变频调速功率接口在交流变频调速系统中，变频器就是一个功率驱动接口在交流变频调速系统中，变频器就是一个功率驱动接口1、 变频器的分类变频器的分类变频器的作用：将供电电网的工频交流电变成为适合于交变频器的作用：将供电电网的工频交

50、流电变成为适合于交 流电动机调速的电压可变、频率可变的交流电。流电动机调速的电压可变、频率可变的交流电。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 根据用途和使用效果，变频器又分为：根据用途和使用效果，变频器又分为：通用变频器、纺织专用变频器、矢量控制变频器通用变频器、纺织专用变频器、矢量控制变频器机床专用变频器、电梯专用矢量控制变频器、高频变频器机床专用变频器、电梯专用矢量控制变频器、高频变频器2、变频器的选择、变频器的选择选择基本依据：电动机的容量及负载特性选择基本依据：电动机的容量及负载特性一般原则：一般原则：（1）连续运行场合）连续运行场合 要求变频器要求变频器容

51、量容量满足满足cosKPM变频器容量负载要求电动负载要求电动机输出的功率机输出的功率电动机波形修正系数，电动机波形修正系数，K=1.051.1第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 （2）多台电动机并联场合）多台电动机并联场合 在允许过载在允许过载150%，过载时间为，过载时间为1min的情况下，的情况下，变频器的变频器的容量容量：) 1K(1P) 1K(cosKP5 . 1STSaSSTM变频器容量并联电动机台数并联电动机台数同时起动的同时起动的电动机台数电动机台数电动机起动电流电动机起动电流与额定电流之比与额定电流之比第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制

52、计算机及其接口技术 （3）起动时变频器所需的容量）起动时变频器所需的容量起动过程实际上是一个加速的过程，此时变频器容量：起动过程实际上是一个加速的过程，此时变频器容量：)t375JT(cos973KnALfz变频器的容量机械传动系统折机械传动系统折算到电动机轴上算到电动机轴上的飞轮惯量的飞轮惯量电动机加速时间电动机加速时间负载转矩负载转矩电动机转速电动机转速 除确定容量外，还应正确确定变频器的输入电源、除确定容量外，还应正确确定变频器的输入电源、输出特定、操作功能等。输出特定、操作功能等。第第5章章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 变频器与外部的连接时通过装置上的接线端子实现的。变频器与外部的连接时通过装置上的接线端子实现的。接线端子接线端子主回路端子：接供电电源、交流电动机及主回路端子：接供电电源、交流电动机及 外部能耗制动电路外部能耗制动电路控制回路端子：接变频控制的控制按钮开关控制回路端子：接变频控制的控制按钮开关 或控制电路或控制电路 人工控制系统人工控制系统中，只要在控制回路接线端上接上相中，只要在控制回路接线端上接上相应的机械开关即可实现变频调速。应的机械开关即可实现变频调速。 自动控制系统自动控制系统中，有如下三种方法：中，有如下三种方法：3、变频器使用方法、变频器使用方法第第5章章 工业控